程控滤波器

图2程控滤波器结构框图

本系统以MSP430G2553单片机作为主控单元，将设计任务分为放大器，低通滤波器，高通滤波器，人机接口单元等功能模块。

放大器用LM324和不同电阻组成的放大电路构成。我们通过选择按键来控制放大器放大倍数。滤波器在单片机控制信号作用下在低通，高通，两种工作方式的切换。低通和高通滤波电路采用数字电位器，电容和运算放大器组成，单片机通过控制数字电位器接入电路的阻值，来实现截止频率的调节。本系统还设计了良好的人际交互接口，实现了键盘处理，液晶显示等功能。

2、2单元模块设计 （1）放大器模块设计

放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，对于毫伏级的信号放大一般要采用具有高共模抑制比、高精度、高输入阻抗的测量放大器。放大器电路采用LM324和不同的电阻组成。经过组合步进达到10DB的要求，所以放大倍数也被控制在一个很精确的范围。

电阻的阻值与DB的对应关系：

从上到下对应的分贝是0db、10db、20db、30db、40db

2.2. 1放大器电路设计

我们采用两级级放大，具体电路图如图2.2：

（2）滤波器模块设计

2.2.2 滤波器电路设计

现以低通滤波电路设计为例说明。对于四阶低通滤波电路，

图2.3

由于在本次题目中我们用到了较高的20KHZ的频率，故此，我们采用了四阶的滤波器来完成滤波，四阶滤波器能在截止频率附近较好的完成滤波，其滤波曲线也能满足题目所给的其-3DB截至频率在1K--20K可调，2FC出放大器与滤波器的总电压增益不大于30DB的要求。

我们采用的是RC结构的四阶滤波电路。低通滤波时：根据四阶的低通滤波函数，在大于截止频率fc 时，幅频特性曲线以40/10f速度下降，所以在2 fc 处的增益为-12.04dB。再加上放大器的40dB增益，总增益为27.96dB，达到了题目小于30 dB的要求。高通滤波时：根据四阶的高通滤波函数，在小于截止频率fc 时，幅频特性曲线以40/10f速度上升，所以在0.5 fc 处的增益为-12.04dB。再加上放大器的40 dB增益，总增益为27.96dB，也达到了题目小于30 dB的要求。

在电阻的选取上，我们采取了数字电位器取代电阻的方案。通过调整数字电位器的阻值来改变其截至频率，其原理图如下：

在这里我们采用单刀双掷开关选择高通滤波还是低通滤波，经过测试发现，低通滤波和高通滤波都能很好的完成它的作用。

3、显示模块设计：

我们采用TI公司的MSP430g2553单片机开发板，用数字电位器实现步进可调，用1602液晶显示屏显示出设置的参数：

在确立程序流程之后，下一步工作就是分析采用怎样的编程方式来实现，我考虑到程序的复杂性，在这里采用C来编程，将显示部分，频率选择和工作方式转换等都编成子程序，我们在主程序中直接调用，这样会使程序看起来直观和明白。